LNG气化站设计中LNG槽车卸车点的安全考量

谢飞龙　翟跃辉　张浩

摘要：实际生产过程中LNG槽车储罐具有类似于站内LNG储罐的危险性。在日常设计事务中，通常参照规范中LNG储罐的防火间距要求来控制LNG槽车卸车点与其他设施的防火间距。与站内道路及围墙的间距若无法参照站内储罐执行，则按照生产需求来控制；与所有站外建、构筑物的防火间距应严格类比《城镇燃气设计规范》GB500282006中9.2节表9.2.4中同等体量LNG储罐执行。单站单台槽车位设计模型下LNG槽车卸车点与办公、生活建筑应尽量保证40.0 m以上防火、安全间距。

关键词：LNG气化站； 槽车；间距

1 概述

液化天然气（liquefied natural gas，简称 LNG）作为低碳、清洁的能源，具有环保性、经济性好的双重特性。LNG已成为目前无法使用管输天然气供气城市的主要气源或过渡气源，也是许多使用管输天然气供气城市的补充气源或调峰气源。LNG气化站是一个接收、储存和分配LNG卫星站，也是城镇或燃气企业把LNG从生产厂家转往用户的中间调节场所。LNG气化站凭借其建设周期短以及能迅速满足用气市场需求的优势，已逐渐在我国东南沿海众多经济发达、能源紧缺的中小城市建成，成为永久供气设施或管输天然气到达前的过渡供气设施[1]。

LNG气化站的工艺设计范围包括LNG卸车、储存增压、气化加热、BOG处理、安全泄放、调压计量、加臭等。LNG卸车环节即液化天然气（LNG）采用罐式集装箱存储，通过公路槽车运输至气化站，在卸车台通过卸车增压器对集装箱储罐增压，利用压差将LNG送至低温LNG储罐。由于LNG卸车在某个时间段连续进行，且涉及驾乘人员、站场管理人员等，与气化站安全运行密切相关，因此设计中LNG槽车卸车点的安全考量应引起广大工程设计人员的足够重视。

2 LNG危险性分析

2.1 LNG理化性质

LNG储存温度通常在166℃～157℃ 之间，密度在430kg/m3～470kg/m3 之间，由于LNG是一种液态的深冷轻烃，在产生泄漏或者溢出的地方，空气中的水蒸气会冷凝而产生白色蒸汽云。在LNG 的储存和转运过程中，热量的漏入后会产生BOG 气体，其组成取决于液体的组成，一般情况下蒸发气含有20%的氮气，80%的甲烷及微量的乙烷，氮气含量可达到LNG液体中氮气含量的20 倍。

LNG具有易燃、易爆的特性，在162℃的低温条件下，其燃烧范围为体积分数6%～13%，LNG 的着火温度随组分的变化而变化，重烃含量的增加会造成着火温度的降低，在大气压力的条件下，纯甲烷的着火温度为650℃。

常温常压下，LNG气化，变为气态形式，即天然气。天然气是一种多组分混合物，主要成分为烷烃，含有少量的二氧化碳、氮和水汽，以及微量的氦、氩等稀有气体。根据《石油天然气工程设计防火规范》火灾危险性分类，天然气火灾危险等级为甲B类。

2.2 LNG的危险性

在LNG槽车卸车环节，一旦发生事故导致LNG泄漏，LNG扩散至常温常压环境，即变为气态形式。因此，工程设计中应同时考虑天然气及LNG的危险性。

（1）易燃、易爆性。天然气是易燃易爆气体，泄漏到空气中能形成爆炸性混合物，温度只要达到550℃就燃烧。若遇高热，容器内压增大，有开裂和爆炸的危险。天然气爆炸极限范围为5%～15%。 容器、管道中的天然气泄漏在大气中，其浓度达到爆炸极限范围时，遇火源即将发生燃烧或爆炸，当天然气浓度低于下限时，遇火源既不爆炸亦不燃烧，当天然气浓度高于上限时，遇火源不发生爆炸但能发生燃烧。

（2）易扩散性。天然气具有易挥发的特点，密度比空气小，因此泄漏后不易留在低洼处，有较强的扩散性。

（3）毒性。天然气为烃类混合物，具有无色、无味、无毒特性，但长期接触可导致神经衰弱综合症。甲烷属“单性窒息性”气体，浓度过高时，可使空气中氧含量明显降低，使人窒息。当空气中甲烷达到25%～30%时，可引起头痛、头晕、乏力、注意力不集中等。

（4）热膨胀性。天然气的体积会随着温度的升高而膨胀，当管道遭受暴晒或靠近高温热源，天然气受热膨胀造成管道内压增大而膨胀，造成容器损坏导致天然气泄漏。

（5）LNG低温过冷性。LNG的储存温度为-162 ℃，发生泄漏后的射流或冷蒸气云，会使所接触的一些材料变脆、易碎，或者产生冷收缩，致使管材、焊缝、管件受损产生泄漏。过冷液体或气体都会对人体产生低温灼烧、冻伤等危害。

2.3 定量分析

2.3.1 TNT当量及燃烧热

燃气工程中TNT 当量计算公式：WTNT=1.8αWfQf/QTNT。[4]

式中：WTNT — 蒸汽云的TNT 当量，kg； Wf — 计算对象总质量，kg； a — 蒸汽云的爆炸效率因子，一般取3～4% ，此处取3%； Qf— 蒸汽的燃燒热，MJ/kg； QTNT — TNT 的爆炸热，取4.52MJ/kg（1026.63kJ/mol ）。

根据以往气化站工程中使用槽车型号，参照荆门宏图特种飞行器制造有限公司网站提供的参数，常见LNG槽车罐体外形尺寸（直径×长）：Φ2500毫米×12780毫米，罐体容积为52.6立方米[2]。槽车储罐冲装率为90%，按照单站单台槽车位考虑，气化站LNG槽车卸车点涉及天然气数量、爆炸及燃烧危险程度见下表。

2.3.2爆炸危害半径

压力容器爆破时，爆破能量以冲击波能量、碎片能量和容器残余变形能量三种形式释放。后二者所消耗的能量只占总爆破能量的3%～15%，大部分能量是产生的空气冲击波。

ΔP=0.71×106R3mTNT-2.09

ΔP=0.71×106 {}2.09

式中：R—爆炸场某点至爆炸源的距离，m；

ΔP—爆炸波的入射超压，Pa；

当接收体接收的冲击波超压值超过其破坏的临界超压值时，即被破坏。爆炸冲击波对目标的不同伤害或破坏标准也不同。

根据冲击波超压破坏标准即可确定破坏半径，见表205、206。

如果LNG槽车爆炸对人体伤害仅为轻微损伤时，人体可承受的超压值必须小于0.025MPa，此时槽车卸车点（以槽车储罐为典型对象，下同）人体轻微损伤的伤害半径为38.54m；如果爆炸对建筑物的伤害仅为门窗玻璃部分破碎时，超压必须小于0.006MPa，此时槽车卸车点的损害半径为63.80m；如果爆炸对建筑物的伤害仅为墙裂缝时，超压必须小于0.025MPa，此时槽车卸车点的损害半径为38.54m。

3 设计规范解读

设计过程中，LNG气化站应满足《城镇燃气设计規范》GB500282006及《石油天然气工程设计防火规范》GB501832004中规定的防火间距要求。规范中涉及LNG槽车卸车点的内容为《城镇燃气设计规范》GB500282006中9.2节表9.2.5 [3]。

因此，现行设计规范中主要考虑的是LNG气化站储罐及放散总管与LNG槽车卸车点的防火间距，暂未明文明确LNG槽车卸车点与办公、生活建筑等其它站内设施的防火及安全间距。

4 针对LNG槽车卸车点的安全设计考量

根据前文分析结论，实际生产过程中LNG槽车储罐具有类似于站内LNG储罐的危险性，且通常槽车卸车作业为连续性作业，一旦发生燃烧或者爆炸事故也不可能再启动车辆驶离站区。因此，LNG气化站设计中对LNG槽车卸车点的安全设计考量尤为重要。

以单站单台槽车位为设计模型，个人认为槽车储罐可类比于《城镇燃气设计规范》GB500282006中9.2节表9.2.5中储罐总容积>50m3 ～≤200m3 LNG储罐，因此在日常设计事务中，通常参照规范中针对上述体量LNG储罐的防火间距要求来控制LNG槽车卸车点与其他设施的防火间距。但是，LNG槽车毕竟是流动性生产设施，不能完全按固定式储罐来考量，还应考虑其车辆属性。因此，与站内道路及围墙的间距，实际情况若无法参照站内储罐执行，则按照生产需求来控制；但必须强调的是与所有站外建、构筑物的防火间距应严格类比《城镇燃气设计规范》GB500282006中9.2节表9.2.4中同等体量LNG储罐执行。

关于爆炸，根据前文2.3节结论，以单站单台槽车位为设计模型，槽车爆炸对人体伤害仅为轻微损伤时，卸车点的伤害半径为38.54m；爆炸对建筑物的伤害仅为门窗玻璃部分破碎、墙裂缝时，卸车点的损害半径为63.80m、38.54m。个人认为设计过程中应重点考虑站内人员较集中的建、构筑物的安全，即办公、生活建筑。《城镇燃气设计规范》GB500282006中9.2节表9.2.5中储罐与“办公、生活建筑”的间距要求为30m，设计中除了满足规范要求的下限外，如果条件允许，个人认为该设计模型下LNG槽车卸车点与办公、生活建筑应尽量保证40.0 m以上防火、安全间距。

另外，为了防止事故状态下LNG的泄漏及蔓延，建议槽车卸车点停车位四周设置拦蓄沟，上覆铁篦子盖板。拦蓄沟末端低处设置积液池，以收集泄漏仍未气化的LNG。

5 总结

LNG气化站目前已成为城镇燃气中应急调峰、事故储气的主要设施，研究LNG槽车卸车环节的安全设计对整个城镇燃气的供应安全具有积极意义。国家层面应尽快完善现有规范标准；广大工程设计人员应从各个角度对LNG槽车卸车点安全设计进行考量，在严格遵守国家规范标准的大前提下，发挥主观能动性，挖掘现场实际情况的有利面，最大限度保证站内人员及设施安全。

参考文献：

[1]https：//baike.baidu.com/item/LNG%E6%B0%94%E5%8C%96%E7%AB%99/2288648？fr=aladdin.

[2]http：//www.hkhongtu.com/product/11556_for_lngcheliang_text.htm.

[3]《城镇燃气设计规范》GB500282006 中华人民共和国建设部、中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，2006.07.12.

[4]《黄冈大冶天然气输气管道工程安全设施设计专篇》 中国市政工程中南设计研究总院有限公司，2012.03.